Bản thuyết minh môn học lý thuyết Ô tô tên Đề tài tính toán sức kéo Ô tô

Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định, cơ động, êm dịu… Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

*KHOA CƠ KHÍ*

BẢN THUYẾT MINH MÔN HỌC: LÝ THUYẾT Ô TÔ

* Tên đề tài: Tính toán sức kéo ô tô*

Nhóm: 6

Loại ô tô: Xe con 1 cầu

Số chỗ ngồi: 5

Vận tốc chuyển động cực đại: 155 Km/h

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất ψmax=0,45

Xe tham khảo: KIA Morning

NHẬN XÉT CỦA GVPB

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GVHD

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU

Lý thuyết ôtô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ô tô

có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả trong quá trình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định, cơ động, êm dịu…

Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ôtô để vận dụng để tính toán sức kéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản của động cơ hay

hệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể Qua đó, biết được một số thống số kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc vủa ôtô khi kéo, từ đó hiểu được nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việc sau này

Nội dung bài tập lớn gồm 2 chương :

- CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ

- CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ

Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy Vũ Văn Định Bộ môn Cơ khí – Đại học Giao Thông Vận Tải Phân Hiệu tại TP Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11/2022

(Sinh viên thực hiện)

Nguyễn Ngọc Tú

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 6

1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe 6

1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn: 7

1.3.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô 8

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO 9

2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 9

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 11

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính 12

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số 12

2.3.Xây dựng đồ thị 14

2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô 14

2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô 16

2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học 17

2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc 20

2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc 22

KẾT LUẬN 27

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe

– Các hình chiếu của xe KIA Morning

❖ Các kích thước cơ bản:

1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: động cơ xăng, Kapa 1.25L

– Dung tích công tác: Vc = 1.248 (cc)

– Công suất tối đa (HP)/ tốc độ quay(rpm): Pmax/nN= 86Hp/6000rpm

– Mômen xoắn tối đa (Nm/rpm) : Mmax = 120/4000 (N.m/rpm)

– Trọng lượng hành lí: 20 kg/người

– Hiệu suất truyền lực: 𝜂𝑡𝑙 = 0,93 (Bảng I-2, tr15)

 H=175.0,5= 87,5

 Bán kính thiết kế của bánh xe:

r0 = 87,5 + 15

2 25,4 = 278 (mm) = 0.278 (m)

 Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe:

rb = rk = λ.r0 với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ=0,93÷0,95)

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 1360 (kG) = 13600 (N)

- Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cầu trước (G1) chiếm từ 55% ÷ 65%

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO 2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo

số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:

+ Đường công suất: Ne = f(ne)

+ Đường mômen xoắn : Me = f(ne)

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge = f(ne)

𝑛 𝑁 với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1 ÷ 1,2)

Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)

ƞ𝑡𝑙 [𝐺.𝑣 𝑣𝑚𝑎𝑥 + 𝐾 𝐹 (𝑣𝑚𝑎𝑥)3] (CT 3-5 , tr 102)

• G =1360 (kG) = 13600 (N)

• v: hệ số cản tổng cộng của đường khi ô tô chuyển động ở tốc độ

Vmax Với: v = + f i( i=0 do xét ô tô chuyển động trên đường bằng)

• vmax = 43,05 (𝑚 𝑠⁄ ) > 22 (𝑚 𝑠⁄ ) Vậy hệ số cản lăn f được tính:

- Công suất cực đại của động cơ :

(2) → Nemax = 52,83

1.1,1+1.1,12−1.1,13 = 53,96(kW)

- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:

+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức

ledeman)

(1) → Ne = (Ne)max [𝑎 λ + 𝑏 λ2− 𝑐 λ3] (kW)

Trong đó : - Ne max và nN – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng

- N e và ne : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính + Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau :

Me = 9550.𝑁𝑒[𝑘𝑊]

𝑛 𝑒 [𝑣/𝑝] (N.m) + Lập bảng:

- Các thông số nN; Ne ; Me đã có công thức tính

- Cho λ = 𝑛𝑒

𝑛𝑁 với λ = 0,1; 0,2; 0,3; ….; 1,1

- Kết quả tính được ghi ở bảng:

Bảng 1:Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ

Hình 1 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

⇒ 𝑀𝑒max=55,12 × 60 × 10

3

6000.2𝜋 (1 + 0,5 − 0, 52) = 109,66 𝑁 𝑚Trị số công suất Nemax ở trên chỉ là phần công suất động cơ dùng để khác phục các lực cản chuyển động Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cần tăng thêm phần công khắc phục các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí … Vì vật phải chọn công suất lớn nhất là :

Nemax = 1,1*Nemax = 1,1*109.658= 120,624 (N.m)

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :

itl = i0 ih ic ip

Trong đó : + itl – tỷ số truyền của HTTL

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính + ih – tỷ số truyền của hộp số

vòng/phút

Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ

Ne (kW)

Me (N.m)

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng + ip – tỷ số truyền của hộp số phụ

- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay

số cao nhất của hộp số

- Ta có:

i0 = 0,105∗ 𝑟𝑏𝑥 ∗𝑛 𝑣

𝑖ℎ𝑐∗𝑖𝑝𝑐∗𝑣𝑚𝑎𝑥 (CT3-8,tr104) Trong đó: + rbx = 0,2627 (m)

+ nv – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất + vmax = 185 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô

+ ihc = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số + ipc = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chính

 i0 = 0,105.0,2627.6600

1.1.43,05 = 4,23

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số

a Tỷ số truyền của tay số 1

– Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động

– Theo điều kiện chuyển động, ta có:

Pk max ≥Pψ max + PW

• Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ

• Pψ max – lực cản tổng cộng của đường

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động + φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt) + rk – bán kính động học của xe

 𝑖ℎ1 ≤1.8160.0,8.0,2627

 Chọn ih1 = 3,97

b Tỷ số truyền của các tay số trung gian

– Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’

– Công bội được xác định theo biểu thức:

q = √𝑖ℎ1

𝑖 ℎ𝑛

𝑛−1

(CT 3-14,tr108) Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 4)

+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 3,97)

+ ihn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (ih4 = 1)

 q = √3,97

1

3

= 1,583 – Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:

ihi = 𝑖ℎ(𝑖−1)

𝑞 = 𝑖ℎ1

𝑞 𝑖−1

Trong đó: ihi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i= 1; 2;…; n-1)

– Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền của tay số 2: ih2 = 211

+ Tỷ số truyền của tay số 4: ih4 = 411

Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

c Tỷ số truyền của các tay số

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

2.3.Xây dựng đồ thị

2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô

- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:

+ Pi – lực cản lên dốc Pi = G.sin 𝛼 = 0 (do 𝛼 = 0)

+ Pj – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

Pj = 𝐺

𝑔.𝛿𝑗.j + Pw – lực cản không khí Pw = K.F.v2

- Vận tốc ứng với mỗi tay số

Vi =2π∗ne ∗𝑟𝑏𝑥

60∗i 0 ∗i hi (b) Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

6.01 95.62 600 1.69 5684.88 1.55 3594.22 2.47 2262.50 3.90 1431.96 12.79 101.77 1200 3.38 6049.97 3.11 3825.04 4.94 2407.80 7.80 1523.92 20.01 106.15 1800 5.07 6310.74 4.66 3989.92 7.41 2511.58 11.70 1589.61 27.34 108.78 2400 6.75 6467.21 6.22 4088.84 9.87 2573.85 15.60 1629.02 34.45 109.66 3000 8.44 6519.36 7.77 4121.81 12.34 2594.61 19.50 1642.16 41.01 108.78 3600 10.13 6467.21 9.32 4088.84 14.81 2573.85 23.40 1629.02 46.68 106.15 4200 11.82 6310.74 10.88 3989.92 17.28 2511.58 27.30 1589.61 51.15 101.77 4800 13.51 6049.97 12.43 3825.04 19.75 2407.80 31.20 1523.92 54.07 95.62 5400 15.20 5684.88 13.98 3594.22 22.22 2262.50 35.10 1431.96 55.12 87.73 6000 16.88 5215.49 15.54 3297.45 24.68 2075.69 39.00 1313.73 53.96 78.08 6600 18.57 4641.79 17.09 2934.73 27.15 1847.36 42.90 1169.22

- Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió:Pc = fG + KFv2

Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

Trong đó: + mk2 – hệ số phân bố lại tải trọng ở cầu sau Chọn mk2 = 1,3

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động

+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8)

Pφ = z2.mk2.φ =8160.1,3.0.8=8486,4 N Dựng đồ thị Pk =f(v) và P𝜑=f(v):

Hình 2 Đồ thị cân bằng lực kéo

- Nhận xét:

+ Trục tung biểu diễn Pk Trục hoành biểu diễn v (m/s)

+ Dạng đồ thị lực kéo của ôtô Pki = f(v) tương tự dạng đường cong Me = f(ne) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

+ Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo Pki và đường cong tổng lực cản là lực kéo

dư (Pkd) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc

+ Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô

– Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:

Nk = Nf + Ni + Nj + NW (tr 57) – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo công thức:

Nki = Ne.ŋ𝑡𝑙 (𝑣ớ𝑖 𝑣𝑖 = 0,105 𝑟𝑘 𝑛 𝑒

𝑖 0 𝑖ℎ𝑖.𝑖 𝑝𝑐 ) (tr 57) – Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

Đồ thị cân bằng lực kéo

Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pc Pφ

5400 54.07 8.87 14.03 22.29 35.21 50.29

Bảng 4 Công suất của ô tô

Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị ∑𝑁𝑐 theo bảng trên:

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

∑ 𝑁𝑐 = Nf + Nw

 ∑𝑁𝑐 = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57) – Lập bảng tính ∑𝑁𝑐

Bảng 5 Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số

Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô 2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học

- Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk và lực cản không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”

- Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D với tốc độ chuyển động v của ôtô khi đủ tải và động cơ làm việc ở đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v)

- Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

Dφ 0.6240 0.6208 0.6160 0.6038 0.5736

f 0.0150 0.0162 0.0179 0.0224 0.0335

Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám

Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô

2

w k .

P P m G K F V D

+ Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lơn nhất của đường: D1 max = ψmax

- Vùng chuyển động không trượt của ôtô:

+ Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường

+ Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ được xác định như sau:

D phi f

+ Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau :

Ψ ≤ D ≤ Dφ

+ Vùng giới hạn giữa đường cong Dφ và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > Dφ trong giới hạn nhất định có thể dùng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra

2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc

- Biểu thức tính gia tốc :

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;

+ ji – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i

+ δj là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

δj = 1+0.05(1+ihi²) (CT 1-37,tr41)

Bảng 8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v<22 m/s thì f=f0

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v>22 m/s thì f=f0*(1+ v²

số

2

V2 1.56 3.12 4.68 6.24 7.79 9.35 10.91 12.47 14.03 15.59 17.15 D2 0.26 0.28 0.29 0.30 0.30 0.30 0.29 0.28 0.26 0.24 0.21 f2 0.015 0.015 0.015 0.015 0.016 0.016 0.016 0.017 0.017 0.017 0.018 j2 1.79 1.91 1.99 2.04 2.05 2.03 1.97 1.87 1.74 1.57 1.36

Tay

số

3

V3 2.48 4.95 7.43 9.91 12.38 14.86 17.33 19.81 22.29 24.76 27.24 D3 0.17 0.18 0.18 0.19 0.19 0.18 0.18 0.17 0.15 0.14 0.12 f3 0.015 0.015 0.016 0.016 0.017 0.017 0.018 0.019 0.020 0.021 0.022 j3 1.26 1.35 1.40 1.42 1.42 1.39 1.32 1.23 1.11 0.96 0.78 Tay

số

4

V4 3.91 7.83 11.74 15.65 19.56 23.48 27.39 31.30 35.21 39.13 43.04 D4 0.10 0.11 0.11 0.11 0.11 0.10 0.10 0.09 0.07 0.05 0.04 f4 0.015 0.016 0.016 0.017 0.019 0.021 0.023 0.025 0.027 0.030 0.034 j4 0.80 0.85 0.86 0.85 0.82 0.75 0.66 0.54 0.39 0.22 0.02

Bảng 9 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số

Từ kết quả bảng tính, xây dựng đồ thị j = f(v):

Hình 5 Đồ thị gia tốc ôtô

- Nhận xét:

+ Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số một và giảm dần đến tay số cuối cùng

+ Tốc độ nhỏ nhất của ôtô vmin = 0,99 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ nmin = 600 (vòng/phút)

+ Trong khoảng vận tốc từ 0 đến vmin ôtô bắt đầu khởi hành, khi đó, li hợp trượt và

bướm ga mở dần dần

+ Ở tốc độ vmax = 43,04 (m/s) thì jv ≈ 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc

+ Do ảnh hưởng của δj mà j2 (gia tốc ở tay số 2) > j1 (gia tốc ở tay số 1)

2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc

2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược

- Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:

+ ti = Fi – với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị 1

𝑗 = f(v); v = v1 ; v = v2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược

 Thời gian tăng tốc toàn bộ: 𝑡𝑖 = ∑𝑛𝑖=1𝐹𝑖

n – số khoảng chia vận tốc (vmin → vmax)

Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với từng tay số

Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1

𝑗 = f(v):

Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược 2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

❖ Xác định Vimax theo phương pháp giải tích:

Từ đồ thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tại thời điểm chuyển số(Vmax)

➢ Ta có: tại vị trí Vmax1

𝐺(𝑀𝑒∗𝑖0∗𝑖ℎ𝑖∗𝜂𝑡𝑙

𝑟𝑏𝑥 − 𝐾 ∗ 𝐹 ∗ 𝑉2) (2) + f =𝑓0 ∗ (1 + 𝑉2

1500) (3) + 𝑀𝑒 = 𝑀𝑁[𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑤𝑒

𝑤 𝑁− 𝑐 ∗ (𝑤𝑒

𝑤 𝑁)2] Mặt khác: 𝜔𝑒 =𝑉∗𝑖𝑡𝑙